劉春旭　單愛(ài)軍　蘆磊

摘 要：聯(lián)合收割機(jī)在作業(yè)時(shí)經(jīng)常由于喂入量的變化、作物含水量的不同以及篩板間隙調(diào)整不當(dāng)?shù)戎T多原因造成發(fā)動(dòng)機(jī)、軸流滾筒等關(guān)鍵工作部件的轉(zhuǎn)速低于正常數(shù)值，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)措施，就會(huì)造成物料堵塞或其它機(jī)械故障，影響收割作業(yè)的正常進(jìn)行。因此設(shè)計(jì)一款以單片機(jī)為核心的智能監(jiān)視報(bào)警裝置，可以對(duì)多達(dá)8路的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，配備了行進(jìn)速度、電瓶電壓、機(jī)油壓力狀態(tài)檢測(cè)等實(shí)用功能，同時(shí)根據(jù)用戶的使用習(xí)慣對(duì)控制軟件的智能化程度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：聯(lián)合收割機(jī);轉(zhuǎn)速;報(bào)警器;智能

中圖分類號(hào)：S225文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.08.013

0 引言

聯(lián)合收割機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械中結(jié)構(gòu)最為復(fù)雜、科技含量較高、制造工藝水平要求很嚴(yán)的產(chǎn)品，而正是由于其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在使用過(guò)程中經(jīng)常由于各種外部原因或調(diào)整、操作不當(dāng)，造成各種各樣的故障。其中以滾筒堵塞故障最為常見(jiàn)，其故障原因主要有作物太濕、太密，雜草多，行走速度過(guò)快，脫粒間隙小，滾筒轉(zhuǎn)速低，傳動(dòng)皮帶打滑，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率不足，逐稿輪和逐稿器打滑不轉(zhuǎn)等。

為了減少上述故障對(duì)作業(yè)的影響，就需要對(duì)幾個(gè)關(guān)鍵運(yùn)轉(zhuǎn)部件的轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一旦某一路或幾路轉(zhuǎn)速低于預(yù)先設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，立刻發(fā)出報(bào)警提示，駕駛員可以根據(jù)具體情況采取減慢車速、加大油門或停車檢查等不同措施。

本文對(duì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能的聯(lián)合收割機(jī)多路智能轉(zhuǎn)速報(bào)警器的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，同時(shí)對(duì)控制軟件的主要功能模塊以及智能化優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)要說(shuō)明。

1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 轉(zhuǎn)速傳感器的選用

轉(zhuǎn)速傳感器選用LJ2A3-2-Z/BX接近開(kāi)關(guān)，NPN常開(kāi)信號(hào)輸出、檢測(cè)距離2 mm，供電電壓為直流6～36 V。這種傳感器具有性能可靠、便于安裝和調(diào)整、抗干擾性強(qiáng)、能耐受灰塵、適用范圍廣以及價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，非常適用于本產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合。

1.2 顯示終端

為了降低制造成本，顯示終端采用液晶屏結(jié)合PCB背板的設(shè)計(jì)方案。同時(shí)在PCB外露面采用環(huán)氧樹(shù)脂封裝固化，以避免電路板過(guò)孔以及電子元件管腳裸露可能引起的短路問(wèn)題，同時(shí)也可以避免用戶私拆本產(chǎn)品。

同樣出于成本考慮，液晶屏選用了武漢中顯公司的SDWe043T04T，其主要性能參數(shù)如表所示。

PCB背板的厚度為2.0 mm，以提高產(chǎn)品外殼的機(jī)械強(qiáng)度。在PCB上集成了STC12C5A60S2單片機(jī)作為終端的控制核心。該單片機(jī)是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾，且指令代碼完全兼容傳統(tǒng)的新一代8051單片機(jī)，但運(yùn)行速度快8～12倍。其主要技術(shù)參數(shù)如下：

（1） 工作電壓：3.5～5.5 V;

（2） 工作頻率范圍：0～35 MHz;

（3） 用戶應(yīng)用程序空間：60 KB;

（4） 片上RAM容量：1280 B;

（5） 通用端口數(shù)量：44個(gè);

（6） 具有EEPROM功能;

（7） 具有看門狗功能;

（8） 集成外部掉電檢測(cè)電路。

環(huán)氧樹(shù)脂選用水晶滴膠，先將A組份和B組份膠按比例混合，再按0.5%比例（重量比）加入黑色色膏進(jìn)行攪拌，可以起到遮蓋電路板走線、過(guò)孔以及電子元件管腳的目的。然后在水平放置狀態(tài)下進(jìn)行涂裝，經(jīng)過(guò)24 h固化后即可。完成封裝的顯示終端如圖所示。

1.3 附加功能

為了滿足作業(yè)要求，除了轉(zhuǎn)速檢測(cè)以外，顯示終端還需要增加以下的功能。

（1） 行進(jìn)速度（距離）檢測(cè)。該功能是通過(guò)檢測(cè)與驅(qū)動(dòng)輪存在固定傳動(dòng)比例關(guān)系的傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速，再結(jié)合驅(qū)動(dòng)輪的外徑計(jì)算得出的。由于機(jī)型的不同，需要用戶設(shè)置正確的“計(jì)米比例”參數(shù)。

（2） 糧倉(cāng)倉(cāng)滿狀態(tài)檢測(cè)。該功能是通過(guò)紅外對(duì)射式傳感器實(shí)現(xiàn)的，傳感器安裝在糧倉(cāng)頂部，當(dāng)糧食達(dá)到預(yù)定存量后，紅外傳感器的接收端被遮擋，從而發(fā)出“糧倉(cāng)倉(cāng)滿”信號(hào)。

（3） 機(jī)油壓力狀態(tài)檢測(cè)。該功能是通過(guò)機(jī)油壓力開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的，屬于開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入，為了防止外界干擾信號(hào)串入單片機(jī)系統(tǒng)，采用TLP521光電耦合器進(jìn)行了光電隔離。

（4） 電瓶電壓檢測(cè)（12 V/24 V機(jī)型通用）。該功能是通過(guò)STC12C5A60S2單片機(jī)片內(nèi)集成的A/D轉(zhuǎn)換功能實(shí)現(xiàn)的。由于電瓶電壓最高可達(dá)28 V左右，因此采用了電阻分壓電路，同時(shí)并接5.1 V穩(wěn)壓管進(jìn)行保護(hù)。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 主要軟件功能模塊

（1） 主輔參數(shù)分時(shí)顯示模塊。由于顯示區(qū)域有限，因而采用輪流顯示的方式。

（2） 參數(shù)設(shè)置模塊。針對(duì)不同的機(jī)型，可以設(shè)置不同的報(bào)警閾值。

（3） 發(fā)動(dòng)機(jī)功率狀態(tài)顯示模塊。根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速與設(shè)定報(bào)警閾值的比值計(jì)算并顯示。

（4） 用戶信息注冊(cè)模塊。每一個(gè)終端對(duì)應(yīng)唯一的注冊(cè)碼，為產(chǎn)品的售后工作提供了技術(shù)保障。

2.2 軟件智能化的優(yōu)化設(shè)計(jì)

用戶調(diào)查表明，機(jī)手對(duì)此類報(bào)警器產(chǎn)品反響最大的兩個(gè)缺陷分別是“誤報(bào)警”和“參數(shù)設(shè)置繁瑣”。針對(duì)上述問(wèn)題，對(duì)控制軟件的智能化程度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（1） “作業(yè)狀態(tài)”自動(dòng)識(shí)別功能。當(dāng)所有參與作業(yè)的任意一個(gè)部件的轉(zhuǎn)速進(jìn)入正常范圍后，即判定機(jī)器進(jìn)入“作業(yè)狀態(tài)”，此后如果任意一個(gè)作業(yè)部件的轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的報(bào)警閾值，就會(huì)發(fā)出報(bào)警提示。

（2） 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)識(shí)別功能。該功能可以根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的不同，區(qū)分為“高速”和“低速”兩種狀態(tài)。在“高速”狀態(tài)時(shí)，當(dāng)任意一個(gè)作業(yè)部件的轉(zhuǎn)速低于設(shè)定的報(bào)警閾值時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警;而在“低速”狀態(tài)時(shí)，只要作業(yè)部件的轉(zhuǎn)速不為零，就不會(huì)發(fā)出報(bào)警。這一功能完美地解決了同類產(chǎn)品普遍存在的“收油門誤報(bào)警”的技術(shù)難題。

（3） “一鍵設(shè)置”功能。當(dāng)機(jī)器處于正常作業(yè)狀態(tài)時(shí)，機(jī)手可以通過(guò)一次按鍵操作就能完成所有的參數(shù)設(shè)置，且具有數(shù)據(jù)掉電保護(hù)功能，設(shè)置參數(shù)不會(huì)丟失。其控制邏輯是將正常工況下各個(gè)被監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)速的數(shù)值進(jìn)行記錄，此后如果轉(zhuǎn)速低于該數(shù)值的若干比值（可設(shè)定），即判定為故障。該功能極大地減少了機(jī)手在參數(shù)設(shè)定時(shí)的工作量，同時(shí)也避免了“參數(shù)錯(cuò)誤輸入”的現(xiàn)象。由于合理的參數(shù)是隨著作物種類、不同地塊、環(huán)境濕度、作物含水量不同而變化的，在使用過(guò)程中要求用戶隨時(shí)逐個(gè)調(diào)整參數(shù)設(shè)定是十分繁瑣且不合理的，而該功能很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。

3 結(jié)論

由于上述報(bào)警器在設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了用戶的實(shí)際使用要求，將單片機(jī)的可編程和智能化的特性加以充分利用，從而使產(chǎn)品具備了技術(shù)先進(jìn)、功能實(shí)用、物美價(jià)廉等諸多優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)近3年的實(shí)際應(yīng)用和多輪的技術(shù)改進(jìn)，現(xiàn)已小批量試銷數(shù)百臺(tái)，得到了用戶的一致好評(píng)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 孟鵬祥，耿端陽(yáng)，李玉環(huán)，等.基于單片機(jī)與DGUS顯示的精密播種機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2017（2）：171-175.

[2] 劉春旭，趙德春，單愛(ài)軍.紅外反射式播種機(jī)電子監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2010（6）：117-120.

[3] 劉春旭.智能播種監(jiān)視系統(tǒng)的研制及產(chǎn)品化設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究，2012（8）：69-72.